(57)【要約】      （修正有）【課題】複数気筒を有する内燃機関において、気筒間空然比インバランスが生じていても、排気空燃比をより適切に制御することを可能にする。【解決手段】排気通路３８の触媒４０の上流および下流に配置されたメイン排気ガスセンサ４２の出力およびサブ排気ガスセンサ４４の出力に基づいて空燃比のメインフィードバック制御およびこのメインフィードバック制御を補完するためのサブフィードバック制御を行うと共に、内燃機関１０の負荷および回転速度が所定領域にあるときサブフィードバック制御において算出されるサブフィードバック補正値に基づいてサブフィードバック学習値を算出してサブフィーバック学習補正を行う。気筒間空然比インバランスが検出されたとき、サブフィードバック学習におけるその所定領域が変更される。【選択図】図１
2013221483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数気筒を有する内燃機関の排気通路において触媒の上流に配置されたメイン排気ガスセンサと、
前記触媒の下流に配置されたサブ排気ガスセンサと、
前記メイン排気ガスセンサの出力に基づいて、空燃比のメインフィードバック制御を行うメインフィードバック手段と、
前記サブ排気ガスセンサの出力に基づいて、前記メインフィードバック制御を補完するためのサブフィードバック制御を行うサブフィードバック手段と、
前記内燃機関の負荷および回転速度の少なくともいずれか一方を検出するための１つ以上のセンサの出力または該出力に基づく検出値が所定領域にあるとき、前記サブフィードバック制御において算出されるサブフィードバック補正値に基づいて、サブフィードバック学習値を算出するサブフィードバック学習手段と、
気筒間空然比インバランスを検出する検出手段と、
該検出手段の検出結果に応じて前記サブフィードバック学習手段における前記所定領域を変更する変更手段と
を備えた、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記変更手段は、前記検出手段により気筒間空然比インバランスが検出されたとき、前記所定領域を拡大する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記変更手段は、気筒間空然比インバランスの程度が大きくなるほど前記所定領域が拡大するように、該所定領域を変更する、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路の排気浄化用触媒の上流側に設けられたメイン排気ガスセンサの出力とその触媒の下流側に設けられたサブ排気ガスセンサの出力とに基づいて空燃比制御を実行する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、触媒を利用した排気浄化システムを備える内燃機関では、排気中有害成分の触媒による浄化を高効率で行うため、内燃機関で燃焼される混合気の空気と燃料との混合割合、すなわち空燃比のコントロールが欠かせない。こうした空燃比の制御を行うため、内燃機関の排気通路に空燃比センサを設け、これによって検出された空燃比を所定の目標空燃比に追従させるようフィードバック制御を実施している。
【０００３】
例えば、特許文献１は、内燃機関の排気通路に配置される触媒と、この触媒の上流に配置されるメイン空燃比センサと、その触媒の下流に配置されるサブＯ２センサとを備え、それらの出力に基づいて燃料噴射量つまり空燃比を制御するシステムを開示する。このシステムは、メイン空燃比センサの出力に基づいて触媒上流の空燃比を目標空燃比とするためのフィードバック補正基本料を算出する手段と、サブＯ２センサの出力に基づいてサブフィードバック補正量を算出する手段と、サブフィードバック補正量に基づいてサブフィードバック学習量を算出する手段とを備える。
【０００４】
一方、複数気筒を有する所謂多気筒内燃機関においては、通常全気筒に対して同一の制御量を用いて空燃比制御を行うため、空燃比制御を実行したとしても実際の空燃比が気筒間でばらつくことがある。このときばらつきの程度が小さければ、空燃比フィードバック制御で吸収可能であり、また触媒でも排気中有害成分を浄化処理可能なので、排気エミッションに影響を与えず、特に問題とならない。
【０００５】
しかし、例えば一部の気筒の燃料噴射系や吸気バルブの動弁機構が故障するなどして、気筒間の空燃比が大きくばらつくと、排気エミッションを悪化させてしまい、問題となる。このような排気エミッションを悪化させる程の大きな空燃比ばらつきは例えば異常として検出することができる。
【０００６】
例えば、特許文献２が開示する内燃機関では、まず、空燃比フィードバック制御の演算値に基づいて内燃機関の気筒間の空燃比がインバランス状態になっていることが判断される。当該内燃機関では排気通路の浄化触媒の上流側に設けられたＡ／Ｆセンサの検出結果に基づいてメイン空燃比フィードバック制御が実行され、そしてその浄化触媒の下流側に設けられたＯ２センサの検出結果に基づいてサブ空燃比フィードバック制御が実行される。このサブ空燃比フィードバック制御の演算値の平均値が通常値を超えるときに気筒間の空燃比がインバランス状態になっていると判断される。さらに、特許文献２の内燃機関では、そのようにして気筒間に空燃比異常があると判断したときに、各気筒への燃料噴射時間を所定時間ずつ短縮させる処理が実行され、それによりクランク角センサからの出力信号に基づいて失火した気筒が特定され、失火が生じた気筒が空燃比インバランスが生じている気筒であると特定される。
【０００７】
また、排気通路に設けられた空燃比センサの出力に基づく検出空燃比変化率を判定用閾値と比較することにより気筒間に空燃比インバランスが発生していることを検出することができる（例えば特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３５１２５０号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１２２４４号公報
【特許文献３】国際公開第２０１１−０７０６８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上記空燃比フィードバック制御におけるサブフィードバック学習は、一般に、排気空燃比をストイキに近づけるように実行され、検出されるエンジン運転状態が所定領域にあるときに実行され、例えば高負荷高回転速度の所定運転状態では実行されない。
【００１０】
一方、気筒間空然比インバランスの程度が大きく、特にそれによりエンジンの所望の出力トルクがでにくいときには、気筒間空然比インバランスがほとんど生じていない場合に比べて、同程度のトルクを得るために運転者はアクセルペダルを強く踏み込む。その結果、気筒間空然比インバランスの程度が大きいときには、そうでない場合に比べて、検出される負荷またはエンジン回転速度が増大する傾向を有し、運転状態がサブフィードバック学習を実行するその所定領域を逸脱する頻度が高まり得る。これは、サブフィードバック学習の実行を実質的に妨げ、排気空燃比の制御性能の低下をもたらす虞がある。
【００１１】
そこで、本発明は、以上の事情に鑑みて創案され、その目的は、複数気筒を有する内燃機関において、気筒間空然比インバランスが生じていても、排気空燃比をより適切に制御することを可能にする内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一の態様によれば、複数気筒を有する内燃機関の排気通路において触媒の上流に配置されたメイン排気ガスセンサと、前記触媒の下流に配置されたサブ排気ガスセンサと、前記メイン排気ガスセンサの出力に基づいて、空燃比のメインフィードバック制御を行うメインフィードバック手段と、前記サブ排気ガスセンサの出力に基づいて、前記メインフィードバック制御を補完するためのサブフィードバック制御を行うサブフィードバック手段と、前記内燃機関の負荷および回転速度の少なくともいずれか一方を検出するための１つ以上のセンサの出力または該出力に基づく検出値が所定領域にあるとき、前記サブフィードバック制御において算出されるサブフィードバック補正値に基づいて、サブフィードバック学習値を算出するサブフィードバック学習手段と、気筒間空然比インバランスを検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に応じて前記サブフィードバック学習手段における前記所定領域を変更する変更手段とを備えた、内燃機関の制御装置が提供される。
【００１３】
本発明の上記一の態様によれば、上記構成を備えるので、気筒間空然比インバランスを検出する検出手段の検出結果に応じてサブフィードバック学習手段における所定領域が変更される。したがって、気筒間空然比インバランスが生じていても、サブフィードバック学習の実行機会をある程度以上確保することができ、よって排気空燃比をより適切に制御することができる。
【００１４】
例えば、変更手段は、検出手段により気筒間空然比インバランスが検出されたとき、所定領域を拡大するとよい。概して気筒間空然比インバランスが生じているとき、それが生じていないときに比べて、同程度の出力を得るべく、運転者はアクセルペダルを強く踏む傾向を有する。これは、負荷またはエンジン回転速度が高まることをもたらし、負荷およびエンジン回転速度の少なくともいずれかに相当する出力または検出値がサブフィードバック学習を実行する所定領域を越える傾向を高める。これに対して、気筒間空然比インバランスが検出されたとき、所定領域が拡大されるので、負荷およびエンジン回転速度の少なくともいずれかに相当する出力または検出値が拡大変更された所定領域に入る可能性が高まるので、サブフィードバック学習の実行機会を増やすことができる。
【００１５】
さらに好ましくは、変更手段は、気筒間空然比インバランスの程度が大きくなるほど所定領域が拡大するように、該所定領域を変更するとよい。こうすることで、所定領域が徒に拡大変更されることが防がれ、排気空燃比を目標空燃比に追従させるためのサブフィードバック学習の好適な実行と、サブフィードバック学習の実行機会の確保とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の概略図である。
【図２】触媒前センサおよび触媒後センサの出力特性を示すグラフである。
【図３】空燃比フィードバック制御における波形例を表すグラフであり、（Ａ）は触媒後センサの出力の波形例を、（Ｂ）はサブフィードバック補正値中の積分項成分の変化例を、（Ｃ）は（Ａ）および（Ｂ）に対応したサブフィードバック学習値の変化例を表すグラフである。
【図４】気筒間空燃比インバランスの程度に応じた排気空燃比の変動例を示すグラフである。
【図５】図４のＶ部に相当する拡大模式図である。
【図６】インバランス割合と出力変動パラメータとの関係を示すグラフである。
【図７】一実施形態のフローチャートである。
【図８】サブフィードバック学習を実行する所定領域を表すグラフである。
【図９】図８の領域を拡大するための補正値の一例をインバランス率との関係で表した図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関（エンジン）１０の概略図である。図示されるように、エンジン１０は、シリンダブロック１２を含むエンジン１０内に形成された燃焼室１４で燃料および空気の混合気を燃焼させ、気筒内でピストンを往復移動させることにより動力を発生する。エンジン１０は、１サイクル４ストロークエンジンである。エンジン１０は自動車用の多気筒内燃機関であり、より具体的には直列４気筒の火花点火式内燃機関すなわちガソリンエンジンである。エンジン１０は車両に搭載されている。ただし本発明が適用可能な内燃機関はこのようなものに限られず、２気筒以上を有する多気筒内燃機関であれば気筒数、形式等は特に限定されない。
【００１９】
図示しないが、エンジン１０のシリンダヘッドには吸気ポートを開閉する吸気弁と、排気ポートを開閉する排気弁とが気筒ごとに配設されている。各吸気弁および各排気弁はカムシャフトによって開閉させられる。シリンダヘッドの頂部には、燃焼室１４内の混合気または燃料に点火するための点火プラグ１６が気筒ごとに取り付けられている。なお、点火順序は、＃１、＃３、＃４、＃２気筒の順である。
【００２０】
各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管１８を介して吸気集合室であるサージタンク２０に接続されている。サージタンク２０の上流側には吸気管２２が接続されており、吸気管２２の上流端にはエアクリーナ２４が設けられている。そして吸気管２２には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ２６と、電子制御式のスロットルバルブ２８とが組み込まれている。吸気ポート、枝管１８、サージタンク２０および吸気管２２はそれぞれ吸気通路３０の一部を区画形成する。
【００２１】
吸気通路、特に吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）３２が気筒ごとに配設される。インジェクタ３２から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁の開弁時に燃焼室１４に吸入され、ピストンで圧縮され、点火プラグ１６で点火燃焼させられる。なお、エンジン１０は、ポート噴射式のものに限らず、燃料を筒内に直接噴射する方式のものでもよい。
【００２２】
一方、各気筒の排気ポートは排気マニホールド３４に接続される。排気マニホールド３４は、その上流部をなす気筒毎の枝管３４ａと、その下流部をなす排気集合部３４ｂとからなる。排気集合部３４ｂの下流側には排気管３６が接続されている。排気ポート、排気マニホールド３４および排気管３６は、それぞれ、排気通路３８の一部を区画形成する。排気管３６には、排気浄化用触媒としての三元触媒を含む触媒コンバータ４０が取り付けられている。この触媒コンバータ４０は排気浄化装置をなしている。なお、触媒コンバータ４０は、流入する排気の空燃比（排気空燃比）Ａ／Ｆが理論空燃比（ストイキ、例えばＡ／Ｆ＝１４．６）近傍のときに排気中の有害成分であるＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯを同時に浄化するように機能する。
【００２３】
触媒コンバータ４０の上流側および下流側にそれぞれ排気空燃比を検出するための第１および第２空燃比センサ、すなわち触媒前センサ４２および触媒後センサ４４が設置されている。これら触媒前センサ４２および触媒後センサ４４は、触媒コンバータ４０の直前および直後の位置の排気通路に設置されている。
【００２４】
上述の点火プラグ１６、スロットルバルブ２８およびインジェクタ３２等は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０に電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は、エンジン１０における各種制御手段（制御装置）および各種検出手段（検出部）としての各機能を実質的に担うように構成されている。ＥＣＵ５０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを含む記憶装置、並びに入出力ポート等を含むものである。またＥＣＵ５０には、図示されるように、前述のエアフローメータ２６、触媒前センサ４２、触媒後センサ４４のほか、内燃機関１０のクランク角を検出するためのクランク角センサ５２、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ５４、エンジン冷却水温を検出するための水温センサ５６、その他の各種センサが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は、各種センサによる出力および／または検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ１６、スロットルバルブ２８、インジェクタ３２等を制御し、点火時期、スロットル開度、燃料噴射量、燃料噴射時期等を制御する。
【００２５】
このようにＥＣＵ５０は、点火制御手段、燃料噴射制御手段、吸入空気量制御手段等のそれぞれの機能を実質的に担う。そして、後述する説明から理解されるように、ＥＣＵ５０は、メインフィードバック手段と、サブフィードバック手段と、サブフィードバック学習手段とを含む空燃比制御手段、気筒間空然比インバランスを検出する検出手段、サブフィードバック学習手段における所定領域を変更する変更手段のそれぞれの機能を実質的に担う。
【００２６】
またスロットルバルブ２８にはスロットル開度センサ（図示せず）が設けられ、スロットル開度センサからの出力信号がＥＣＵ５０に送られる。ＥＣＵ５０は、通常、アクセル開度に応じて定まる開度に、スロットルバルブ２８の開度（スロットル開度）をフィードバック制御する。
【００２７】
またＥＣＵ５０は、エアフローメータ２６からの出力信号に基づき、単位時間当たりの吸入空気の量すなわち吸入空気量を検出する。そしてＥＣＵ５０は、検出したアクセル開度、スロットル開度および吸入空気量のうちの少なくとも一つに基づき、エンジン１０の負荷を検出する。
【００２８】
ＥＣＵ５０は、クランク角センサ５２からのクランクパルス信号に基づき、クランク角自体を検出すると共にエンジン１０の回転数を検出する。ここで「回転数」とは単位時間当たりの回転数のことをいい、回転速度と同義である。本実施形態では回転数とは１分間当たりの回転数ｒｐｍのことをいう。
【００２９】
そして、ＥＣＵ５０は、通常、吸入空気量およびエンジン回転速度つまりエンジン運転状態に基づいて、予め記憶装置に記憶するデータ等を用いて、燃料噴射量（または燃料噴射時間）を設定する。そして、その燃料噴射量に基づいて、インジェクタ３２からの燃料の噴射が制御される。
【００３０】
ところで、空燃比センサである触媒前センサ４２は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能である。図２に触媒前センサ４２の出力特性を示す。図示するように、触媒前センサ４２は、検出した排気空燃比（触媒前空燃比）に比例した大きさの電圧信号Ｖｆを出力する。排気空燃比がストイキ（理論空燃比）であるときの出力電圧はＶｒｅｆｆ（例えば約３．３Ｖ）である。
【００３１】
他方、空燃比センサである触媒後センサ４４は所謂Ｏ２センサからなり、ストイキを境に出力値が急変する特性を持つ。図２に触媒後センサ４４の出力特性を示す。図示するように、排気空燃比（触媒後空燃比）がストイキであるときの出力電圧、すなわちストイキ相当値はＶｒｅｆｒ（例えば０．４５Ｖ）である。触媒後センサ４４の出力電圧は所定の範囲（例えば０〜１Ｖ）内で変化する。概して排気空燃比がストイキよりリーンのとき、触媒後センサの出力電圧Ｖｒはストイキ相当値Ｖｒｅｆｒより低くなり、排気空燃比がストイキよりリッチのとき、触媒後センサの出力電圧Ｖｒはストイキ相当値Ｖｒｅｆｒより高くなる。
【００３２】
触媒コンバータ４０は三元触媒を備え、上記したように、そこに流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆがストイキ近傍のときに排気中の有害成分であるＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯを同時に浄化する機能を有する。しかし、この三者を同時に高効率で浄化できる空燃比の幅（ウィンドウ）は比較的狭い。
【００３３】
そこで、エンジン１０の通常運転時、触媒コンバータ４０に流入する排気の空燃比をストイキ近傍に制御するための空燃比制御（ストイキ制御）がＥＣＵ５０により実行される。
【００３４】
本実施形態では、メイン排気ガスセンサとしての触媒前センサ４２の出力を基礎とするメインフィードバック制御と、サブ排気ガスセンサとしての触媒後センサ４４の出力を基礎とするサブフィードバック制御とを組み合わせた空燃比フィードバック制御が実行される。より具体的には、本実施形態において、ＥＣＵ５０は、触媒前センサ４２の出力Ｅ１や触媒後センサ４４の出力に基づいて（１）式で表される補正後Ａ／Ｆ出力ＣＥを算出し、その補正後Ａ／Ｆ出力ＣＥが目標空燃比に対応する値となるように燃料噴射量を制御する処理を実行する。
ＣＥ＝Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３ ・・・（１）
この（１）式中、「Ｅ１」は、触媒前センサ４２の出力電圧である。また、「Ｅ２」は、触媒後センサ４４の出力に基づいて算出されるサブフィードバック補正値である。そして、「Ｅ３」は、サブフィードバック学習値である。
【００３５】
本実施形態では、上記（１）式にしたがって補正後Ａ／Ｆ出力ＣＥが算出され、さらに、その補正後Ａ／Ｆ出力ＣＥを、目標空燃比相当の値に近づけるためのメインフィードバック制御が実行される。このメインフィードバック制御では、具体的には、補正後Ａ／Ｆ出力ＣＥを空燃比に換算する処理、その結果得られた空燃比と目標空燃比との差ΔＡ／Ｆを算出する処理、および、その差ΔＡ／Ｆを所定のゲインで燃料噴射量の補正に反映させる処理が実行される。
【００３６】
触媒前センサ４２が理想的な特性を示す場合は、その出力Ｅ１と、触媒前空燃比とが一義的な関係を示す。そして、この場合には、触媒前センサ４２の出力Ｅ１が理論空燃比相当の値となるようにメインフィードバックを実行すれば、触媒コンバータ４０に流れ込む排気ガスは、理論空燃比近傍の空燃比を有するものとなり、触媒コンバータ４０の下流には、浄化された排気ガスだけが流出することとなる。
【００３７】
しかしながら、現実には、触媒前センサ４２および信号伝送系の個体差や経年変化、あるいはエンジン１０の運転状態の変化等が原因となって、触媒前センサ４２は必ずしも理想的な出力特性を発揮するものではない。このため、メインフィードバック制御が実行されている状況下でも、触媒コンバータ４０の下流にリッチまたはリーンな排気が吹き抜けてくる場合がある。サブＯ２センサである触媒後センサ４４によれば、このような事態を検出することが可能である。よって、触媒コンバータ４０の下流にリッチな排気ガスが吹き抜けてきたことが触媒後センサ４４により検出された場合は、触媒前空燃比が全体としてリッチ側にシフトしていると判断できる。そして、この場合は、燃料噴射量が現状よりも少なく算出されるように触媒前センサ４２の出力Ｅ１を補正すれば、メインフィードバックの結果として得られる触媒前空燃比を理論空燃比に近づけることが可能である。
【００３８】
一方、触媒コンバータ４０の下流にリーンな排気ガスが吹き抜けてきたことが触媒後センサ４４により検出された場合は、触媒前空燃比が全体としてリーン側にシフトしていると判断できる。そして、この場合は、燃料噴射量が現状よりも多く算出されるように触媒前センサ４２の出力Ｅ１を補正すれば、メインフィードバックの結果として得られる触媒前空燃比を理論空燃比に近づけることが可能である。上記（１）式に含まれるサブフィードバック補正値Ｅ２は、このような機能を実現するための補正値である。すなわち、サブフィードバック制御は、メインフィードバック制御を補完する機能を有するものである。
【００３９】
ＥＣＵ５０は、具体的には、触媒後センサ４４の出力と、その目標値（ストイキ相当の出力値）との差または偏差に、所定の演算を施すことにより、サブフィードバック補正値Ｅ２を算出する。より具体的には、本実施形態では、ＰＩＤ制御によりサブフィードバック補正値Ｅ２を算出するものとする。すなわち、サブフィードバック補正値Ｅ２は、触媒後センサ４４の出力とその目標値との差に基づく比例項、積分項、および微分項の和として算出される。
【００４０】
サブフィードバック補正値Ｅ２に含まれる積分項の成分は、メインフィードバックに恒常的に内在している誤差として把握することができる。上記（１）式におけるサブフィードバック学習値Ｅ３は、サブフィードバック補正値Ｅ２からその積分項成分を所定の更新タイミングで移し替えることにより、算出される値であり、恒常的に内在する誤差成分を補正するためのものである。
【００４１】
このような処理によれば、メインフィードバック制御に恒常的に内在する誤差成分をサブフィードバック学習値Ｅ３に吸収させ、メインフィードバック制御に内包される誤差成分の変動分だけをサブフィードバック補正値Ｅ２に吸収させることができる。そして、学習が進むと、サブフィードバック学習値Ｅ３は、上記の恒常的な誤差成分を適正に反映した値に収束していき、安定した値をとるようになる。
【００４２】
図３（Ａ）は、触媒後センサ４４の出力の波形例を表している。そして、図３（Ｂ）中の実線は図３（Ａ）に対応したサブフィードバック補正値Ｅ２の積分項成分の変化例を表し、図３（Ｃ）は図３（Ａ）および（Ｂ）に対応したサブフィードバック学習値Ｅ３の変化例を表している。
【００４３】
図３（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、ＥＣＵ５０は、所定の更新周期でサブフィードバック補正値Ｅ２中の積分項成分をサブフィードバック学習値Ｅ３へ移し替えることにより、サブフィードバック学習値Ｅ３を更新していく。なお、図３（Ｂ）中の破線は、図３（Ｃ）に表すようなサブフィードバック学習値Ｅ３への積分項成分の移し替えを行わなかった場合のサブフィードバック補正値Ｅ２の積分項成分の波形例を表している。
【００４４】
ところで、上記サブフィードバック学習値Ｅ３を算出するサブフィードバック学習は、エンジン運転状態が所定領域（所定学習領域）にあるときに実行される。所定領域はエンジン回転速度およびエンジン負荷により定められていて、ここでは、排気空燃比をストイキに近づけるようにサブフィードバック学習を実行する領域である。なお、エンジン負荷が高いときには、排気中のＨ２成分が増加し、それが触媒前センサの出力に影響し、検出排気空燃比が実際の排気空燃比よりもリッチ側にずれる可能性がある。そこで、エンジン負荷が高いときまたはその負荷と相関があるエンジン回転速度が高いときにサブフィードバック学習を実行し、その結果をエンジン負荷が低い軽負荷運転状態での空燃比制御に用いることは好ましいとはいえない。そこで、サブフィードバック学習を行う領域はそのように限定されている。
【００４５】
このようにサブフィードバック学習が実行される領域が限定されているので、エンジン運転状態が所定領域を逸脱する時間が長くなるほど、サブフィードバック学習は適切にされ難い。例えば、運転者がアクセルペダルを強く踏み込んだとき、エンジン負荷およびエンジン回転速度により定まる運転状態が所定領域外になり得る。
【００４６】
これに対して、例えば全気筒のうちの一部の気筒（特に１気筒）において、インジェクタ３２の故障等が発生し、気筒間に空燃比のばらつき（インバランス：imbalance）が発生することがある。例えばインジェクタ３２の開弁不良により＃１気筒の燃料噴射量が他の＃２，＃３，＃４気筒の燃料噴射量よりも少なくなり、＃１気筒の空燃比が他の＃２，＃３，＃４気筒の空燃比よりも大きくリーン側にずれる場合である。このとき、＃１気筒での出力トルクが他の気筒の出力トルクよりも低下する。その結果、同じアクセル開度つまり同じ検出負荷のとき、そのような気筒間空然比インバランスが生じているときには、気筒間空然比インバランスが生じていないときに比べて、エンジン全体の出力が低下し得る。そこで、気筒間空然比インバランスが生じていないときと同様に、気筒間空然比インバランスが生じているときにも同じ所望出力を得るべく、運転者がアクセルペダルの踏み込み量を相対的に多くすると、エンジン運転状態が所定領域外になり、サブフィードバック学習の実行機会が減少し得る。このようなサブフィードバック学習の実行機会の減少は、空燃比制御での補正値の収束を遅らせ、結果として、排気空燃比をストイキに近づける排気空燃比の制御性能の低下をもたらし得る。
【００４７】
そこで、気筒間空然比インバランスが生じているときにも、サブフィードバック学習の実行機会をある程度以上確保するように、その所定領域の変更が図られる。以下、気筒間空燃比インバランスの検出および空燃比フィードバック制御におけるサブフィードバック学習の所定領域の補正に関して説明する。
【００４８】
本実施形態のエンジンには、かかる気筒間空燃比インバランスを検出する装置（気筒間空然比インバランス検出装置）が装備されている。
【００４９】
図４に示すように、気筒間空燃比インバランスが発生すると、１エンジンサイクル（＝７２０°ＣＡ）間での排気空燃比の変動が大きくなる。（Ｂ）の空燃比線図ａ、ｂ、ｃはそれぞれ気筒間空然比インバランス無し、１気筒のみ２０％のインバランス率でリッチずれ、および１気筒のみ５０％のインバランス率でリッチずれの場合の、触媒前センサ４２による検出空燃比Ａ／Ｆの一例を示す。図４に見られるように、気筒間空然比インバランスの度合いまたは程度が大きくなるほど空燃比変動の振幅が大きくなる。
【００５０】
ここでインバランス率（％）とは、気筒間空燃比のばらつき度合いつまりインバランス度合いを表す一つのパラメータである。すなわち、インバランス率とは、全気筒のうちある１気筒のみが燃料噴射量ずれを起こしている場合に、その燃料噴射量ずれを起こしている気筒（インバランス気筒）の燃料噴射量がどれくらいの割合で、燃料噴射量ずれを起こしていない気筒（バランス気筒）の燃料噴射量からずれているかを示す値である。インバランス率をＩＢ、インバランス気筒の燃料噴射量をＱｉｂ、バランス気筒の燃料噴射量つまり基準燃料噴射量をＱｓとすると、ＩＢ＝（Ｑｉｂ−Ｑｓ）／Ｑｓ×１００で表される。インバランス率ＩＢの絶対値が大きいほど、インバランス気筒のバランス気筒に対する燃料噴射量ずれが大きく、気筒間空燃比インバランス度合いは大きい。
【００５１】
図４から理解されるように、インバランス率が大きいほど、すなわち気筒間空燃比インバランスの度合いが大きいほど、触媒前センサ４２の出力変動が大きくなる。
【００５２】
よってこの特性を利用し、本実施形態では、触媒前センサ４２の出力変動度合いを表す出力変動パラメータＸを、気筒間空燃比インバランスの度合いつまり程度を表すパラメータとして用い、かつ出力変動パラメータＸを検出する。
【００５３】
以下に出力変動パラメータＸの検出方法を説明する。図５は図４のＶ部に相当する拡大図であり、特に１エンジンサイクル内の触媒前センサ出力の変動を簡略的に示す。触媒前センサ出力としては、触媒前センサ４２の出力電圧Ｖｆを空燃比Ａ／Ｆに換算した値を用いる。但し触媒前センサ４２の出力電圧Ｖｆを直接用いることも可能である。
【００５４】
図５（Ｂ）に示すように、ＥＣＵ５０は、１エンジンサイクル内において、所定のサンプル周期τ（単位時間、例えば４ｍｓ）毎に、触媒前センサ出力Ａ／Ｆの値を取得する。そして今回のタイミング（第２のタイミング）で取得した値Ａ／Ｆｎと、前回のタイミング（第１のタイミング）で取得した値Ａ／Ｆｎ−１との差ΔＡ／Ｆｎ（＝Ａ／Ｆn−Ａ／Ｆn-1）を求める。この差ΔＡ／Ｆｎは今回のタイミングにおける微分値あるいは傾きと言い換えることができる。
【００５５】
最も単純には、この差ΔＡ／Ｆｎまたはその大きさ（絶対値）が触媒前センサ出力の変動を表す。変動度合いが大きくなるほど空燃比線図の傾きが大きくなり、差ΔＡ／Ｆｎの絶対値が大きくなるからである。そこで所定の１タイミングにおける差ΔＡ／Ｆｎを出力変動パラメータとすることができる。
【００５６】
ただし、本実施形態では精度向上のため、複数の差ΔＡ／Ｆｎの平均値を出力変動パラメータとする。本実施形態では、１または複数（例えば１００）のエンジンサイクルの間、触媒前センサ４２の出力を取得し、各タイミングでの差ΔＡ／Ｆｎを算出し、その差ΔＡ／Ｆを正の符号を有するものと負の符号を有するものとに分けて、同じ符号同士の差ΔＡ／Ｆの絶対値を積算し、それぞれの最終積算値をサンプル数で除し、所定エンジンサイクル内の正の符号を有する差ΔＡ／Ｆｎの絶対値の平均値と負の符号を有する差ΔＡ／Ｆの絶対値の平均値とを求める。こうして求められた最終的な２つの平均値が出力変動パラメータＸ（＋）、Ｘ（−）とされる。出力変動パラメータＸ（＋）は、触媒前センサ出力が増加したときのみに関する差ΔＡ／Ｆの絶対値の平均値つまり正の値である差ΔＡ／Ｆに関する正パラメータＸ（＋）である。また、出力変動パラメータＸ（−）は、触媒前センサ出力が減少したときのみに関する差ΔＡ／Ｆの絶対値の平均値つまり負の値である差ΔＡ／Ｆに関する負パラメータＸ（−）である。触媒前センサ出力の変動度合いが大きくなるほど出力変動パラメータＸは、少なくともパラメータＸ（＋）とパラメータＸ（−）とのいずれか一方は、大きくなる。
【００５７】
なお、１気筒のみリッチずれの場合、当該１気筒に対応した排気ガスを触媒前センサ４２が受けた時に触媒前センサ出力が急速にリッチ側に変化（すなわち急減）するので、触媒前センサ出力の減少側のみの値をリッチずれ検出のために用いることが可能である。また、増加側の値のみを用いることでリーンずれを検出することができる。
【００５８】
図６には、インバランス率ＩＢ（％）と出力変動パラメータＸとの関係を示す。図示されるように、インバランス率ＩＢと出力変動パラメータＸとの間には強い相関関係があり、インバランス率ＩＢの絶対値が増加するほど（気筒間空燃比インバランスの程度が大きくなるほど）パラメータＸ（Ｘ（＋）、Ｘ（−））も増加する。
【００５９】
それ故、出力変動パラメータＸに基づいて気筒間空燃比インバランスが生じていること、また、そのインバランスがリーンずれによるものかリッチずれによるものかを検出することが可能である。さらに出力変動パラメータＸに基づいて気筒間空然比インバランスの程度を検出することができる（知ることができる）。
【００６０】
ここで、気筒間空然比インバランスの検出および、その検出時のサブフィードバック学習における所定領域の補正変更に関して、図７のフローチャートに基づいて説明する。なお図７のルーチンはＥＣＵ５０によりエンジン始動後、一度のみ実行される。しかし、以下に説明される処理が適宜実行されたり、繰り返されたりしてもよい。
【００６１】
まずステップＳ７０１では、気筒間空然比インバランスの検出を行うのに適した所定の前提条件が成立しているか否かが判断される。この前提条件は、例えば次の全条件（１）〜（５）が成立したときに成立する。なお、ステップＳ７０１での前提条件は、例えば以下の条件（５）のみとされてもよく、具体的には上記ストイキ制御が実行中であることのみとされてもよい。
条件（１）エンジンの暖機が終了している。ＥＣＵ５０は、水温センサ５６を用いて検出された水温が所定値（例えば７５℃）を越えているとき暖機終了と判断する。また、エンジンオイルの温度を検出するための油温センサを設け、検出された油温が所定値を越えているとき暖機終了と判断してもよい。
条件（２）触媒前センサ４２および触媒後センサ４４が活性化している。ＥＣＵ５０は、両センサのインピーダンスがそれぞれ所定の活性温度相当の値になっているとき、両センサが活性化していると判断する。
条件（３）触媒コンバータ４０の触媒が活性化している。ＥＣＵ５０は、エンジン運転状態に基づき推定した触媒コンバータ４０の触媒の温度が所定の活性温度相当の値になっているとき、触媒が活性化したと判断する。
条件（４）エンジンが定常運転中である。ＥＣＵ５０は、エンジンの回転速度と負荷の所定時間内の変動幅が所定値以内のとき、エンジンが定常運転中と判断する。
条件（５）通常の上記空燃比フィードバック制御の実行中である。
【００６２】
前提条件が成立していない場合にはステップＳ７０１で否定判定されて、ステップＳ７０１に戻る。他方、前提条件が成立している場合には、ステップＳ７０１で肯定判定されて、ステップＳ７０３において、触媒前センサ出力Ａ／Ｆｎが取得される。なお触媒前センサ出力Ａ／Ｆｎはここでは触媒前センサ４２の出力電圧Ｖｆを空燃比に換算した値である。
【００６３】
次に、ステップＳ７０５において、上で説明したようにして、出力変動パラメータＸ（Ｘ（＋）、Ｘ（−））が求められる。そして、ステップＳ７０７で、触媒前センサ出力が減少したときのみに関する差ΔＡ／Ｆの絶対値の平均値つまり負の値である差ΔＡ／Ｆに関する負パラメータＸ（−）と、触媒前センサ出力が増加したときのみに関する差ΔＡ／Ｆの絶対値の平均値つまり正の値である差ΔＡ／Ｆに関する正パラメータＸ（＋）とが比較される。
【００６４】
例えば、１気筒のみリッチずれの場合、当該１気筒に対応した排気を触媒前センサ４２が受けた時にその出力が急速にリッチ側に変化すなわち急減するので、負パラメータＸ（−）はリッチずれの影響を強く反映した値である。同様に、１気筒のみリーンずれの場合、当該１気筒に対応した排気ガスを触媒前センサ４２が受けた時にその出力が急速にリーン側に変化すなわち急増するので、正パラメータＸ（＋）はリーンずれの影響を強く反映した値である。
【００６５】
それ故、負パラメータＸ（−）が正パラメータＸ（＋）よりも大きいのでステップＳ７０７で肯定判定される場合、ステップＳ７０９に進む。そして、インバランス気筒つまり異常気筒の空燃比がストイキよりもリッチ側にずれているとみなして、図６に表した如きデータのインバランス率が正側のデータを負パラメータＸ（−）を用いて検索等することで、リッチずれに関するインバランス率ＩＢ（Ｒ）が算出される。
【００６６】
逆に、負パラメータＸ（−）が正パラメータＸ（＋）よりも大きくないのでステップＳ７０７で否定判定される場合、ステップＳ７１１に進む。そして、インバランス気筒の空燃比がストイキよりもリーン側にずれているとみなして、図６に表した如きデータのインバランス率が負側のデータを正パラメータＸ（＋）を用いて検索等することで、リーンずれに関するインバランス率ＩＢ（Ｌ）が算出される。
【００６７】
なお、ここでは負パラメータＸ（−）と正パラメータＸ（＋）とが同じである場合、インバランス気筒の空燃比がストイキよりもリーン側にずれているものとして処理するが、その場合にインバランス気筒の空燃比がストイキよりもリッチ側にずれているものとして処理されてもよい。ただし、気筒間空然比インバランスが生じている場合、負パラメータＸ（−）と正パラメータＸ（＋）とが同じである場合は実際上ありえないであろう。負パラメータＸ（−）と正パラメータＸ（＋）とが同じである場合は排除されることも可能であり、この場合に別の当業者が想到できる他の処理が実行されてもよい。
【００６８】
ステップＳ７０９またはＳ７１１を経ると、次ぐステップＳ７１３でインバランス率ＩＢの大きさが判定用閾値（所定値）以上であるか否かが判定される。この判定は、気筒間空然比インバランスが生じていることを検出することに相当し、また、その程度が所定レベル以上であることを検出することに相当する。ここでは、インバランス率ＩＢが−１０％以下または＋１０％以上であるとき肯定判定される。しかし、所定値は１０％以外の値に定められてもよく、また、リーンずれに関するＩＢ（Ｌ）に対する所定値と、リッチずれに関するＩＢ（Ｒ）に対する所定値とは異なるパーセンテージを有してもよい。ステップＳ７１３で肯定判定されるとステップＳ７１５に進み、否定判定されると当該ルーチンは終了する。
【００６９】
ステップＳ７１５では、サブフィードバック学習の所定領域の補正または変更が図られる。この所定領域の補正ないしは変更は、サブフィードバック学習を実行するための前提条件を緩和するようになされる。その所定領域は、上記の如く、予め規定値領域に設定されていて、具体的にはエンジン回転速度と負荷とに基づいて設定されている。ここでは、ステップＳ７０９およびステップＳ７１１のいずれかで求められたインバランス率ＩＢに応じて補正値を求め、求められた補正値で所定領域に対して補正することで、所定領域が変更させられる。なお、補正値は予め実験に基づいて定められている。その結果、補正後所定領域を用いてサブフィードバック学習が実行されつつ、エンジン１０において空燃比フィードバック制御が実行されるようになる。
【００７０】
ここで、図８および図９に基づいてサブフィードバック学習の所定領域の補正についてさらに説明する。
【００７１】
図８には、サブフィードバック学習における所定領域（基本所定領域）Ａが模式的に表されていて、所定レベル以上の気筒間空然比インバランスが生じていないときのエンジン運転状態の変化領域Ｓの一例が重ねて表されている。なお、図８中の横軸（エンジン回転速度）のｘ１は３６００ｒｐｍに対応し、ｘ２は２０００ｒｐｍに対応し、縦軸（負荷；各気筒の吸気充填率）のｙ１は６０％に対応し、ｙ２は２０％に対応する。図８から理解できるように、所定レベル以上の気筒間空然比インバランスが生じていないときに、通常の市街地走行モードで車両が走行している場合には、エンジン運転状態は概ね所定領域Ａ内で推移する。したがって、サブフィードバック学習は十分になされて、空燃比を好適に制御することができる。
【００７２】
しかし、例えば所定レベル以上の気筒間空然比インバランスが生じているので、運転者が、そのような気筒間空然比インバランスが生じていない場合に比べて、所望の出力を得るべくアクセルペダルの踏み込み量を多くするような場合、結果として、エンジン運転状態の変化領域は領域Ｓよりも高負荷高回転側の領域Ｓ´に推移し得る。この場合、エンジン運転状態が所定領域Ａ外にあるときが増え、これによりサブフィードバック学習の実質的な実行機会が減少し、空燃比制御性能が低下し得る。そこで、このような場合には、上記の如くステップＳ７１５に至り、所定領域Ａが補正変更される。
【００７３】
図９にインバランス率ＩＢと補正値との関係の一例を表す。図９に示すようにインバランス率の大きさが大きくなるほど、補正値が基準値としての１から離れるように、補正値は設定されている。なお、補正値は、図９では特定のインバランス率に対するもののみ表されているが、ここでは補正値はインバランス率の増減に対してリニアに増減変化するようにインバランス率に関係付けられている。また、図９には、正のインバランス率を有するときの一例が表されているに過ぎず、負のインバランス率に対する補正値も別途設定されている。なお、このような補正値は、徒に所定領域を拡大し過ぎないように、より好適に空燃比制御が実行されるように、予め実験に基づいて設定されているとよい。
【００７４】
例えば、図９に示すように、インバランス率が＋１０％のとき、エンジン回転速度の補正値として１．０５が設定され、負荷の補正値として１．１が設定される。その結果、所定領域Ａを定めるエンジン回転速度は補正値１．０５が乗じられることで拡大変更され、所定領域Ａを定める負荷は補正値１．１が乗じられることで拡大変更される。具体的には、図８のｘ１は３７８０ｒｐｍのｘ３に、同図のｘ２は２１００ｒｐｍのｘ４に変更され、同図のｙ１は６６％のｙ３に、同図のｙ２は２２％のｙ４に変更させられる。つまり、図８に示すように、所定領域Ａは変更後所定領域Ａ´に拡大変更される。
【００７５】
このように、インバランス率つまり気筒間空然比インバランスの程度が大きくなるほどサブフィードバック学習が実行される領域が拡大するように変更されるので、エンジン運転状態の変化領域Ｓ´が変更後所定領域Ａ´に含まれるようになる。したがって、気筒間空然比インバランスが生じているときにも、サブフィードバック学習の実行機会を十分に得ることができるようになる。よって、空燃比をより適切に制御することが可能になり、排気浄化を適切に図ることが可能になる。
【００７６】
そして、上記のようにして気筒間空然比インバランスが生じているときにも空燃比をより適切に制御することができるので、気筒間空然比インバランスの検出が例えばアラームの点灯により運転者に知らされて、運転者が車両または内燃機関を修理するまでの間であっても、より好適に車両および内燃機関を運転し続けることができる。
【００７７】
なお、ここでは、サブフィードバック学習の領域が拡大変更される場合を説明したが、サブフィードバック学習の領域が既に拡大変更されているときにインバランス率の大きさが小さくなるように気筒間空然比インバランスの程度が変化した場合、サブフィードバック学習制御が実行される所定領域は小さくなるように変更されてもよい。また、インバランス率の大きさが同じ場合、負のインバランス率を有するときの補正値は、正のインバランス率を有するときの補正値と同じでもよいが、好ましくは正のインバランス率を有するときの補正値よりも補正の度合いを高めるように大きいとよい。リーンずれが生じているときには失火などにより出力が低下し易いからである。また、上記実施形態では、気筒間空然比インバランスが検出されたとき、サブフィードバック学習を実行する領域は負荷およびエンジン回転速度の両面から変更されたが、その領域は負荷およびエンジン回転速度のいずれか一方においてのみ変更されてもよい。
【００７８】
また、サブフィードバック学習の実行条件を規定する上記所定領域はエンジンの負荷および回転速度の両方に基づいて定められる以外に、それらのいずれか一方に基づいて定められてもよい。さらに、サブフィードバック学習における所定領域は、単に検出される運転状態またはそれに相当する値等に対して定められてもよく、換言すると、エンジンの負荷および回転速度の少なくともいずれか一方を検出するための１つ以上のセンサ（検出器）の出力またはこの出力に基づく検出値に対して定められることができる。
【００７９】
上記実施形態では、気筒間空然比インバランスの検出は、排気空燃比の変化に基づいて行われた。しかし、他の方法で気筒間空然比インバランスの検出が行われてもよい。例えば、各気筒での燃料噴射量を所定量増量変更または減量変更して、それによるエンジン出力の変化（例えばエンジン回転速度の変化）に基づいて気筒間空然比インバランスの検出（その程度を含む）が行われてもよい。
【００８０】
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。したがって本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１０  内燃機関（エンジン）
３２  インジェクタ
４０  触媒コンバータ
４２  触媒前センサ（メイン排気ガスセンサ）
４４  触媒後センサ（サブ排気ガスセンサ）
５２  クランク角センサ
５４  アクセル開度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013221483.tif 000009
【図８】
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【図９】
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